网络原理,网络通信以及网络协议

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网络原理

概念

随着时代的发展，越来越需要计算机之间互相通信，共享软件和数据，即以多个计算机协同工作来完
成业务，就有了网络互连。
网络互连：将多台计算机连接在⼀起，完成数据共享。
根据网络互连的规模不同，可以划分为局域网和广域网。

网络通信

本质是⽹络数据传输，即计算机之间通过网络来传输数据.

局域网LAN

局域网，即Local Area Network，简称LAN。Local即标识了局域网是本地，局部组建的⼀种私有网络。
局域网内的主机之间能方便的进行网络通信，又称为内网；局域网和局域网之间在没有连接的情况
下，是无法通信的。

广域网WAN

⼴域网，即Wide Area Network，简称WAN。
通过路由器，将多个局域网连接起来，在物理上组成很大范围的网络，就形成了广域网。⼴域网内部
的局域网都属于其子网。

网络通信

网络互连的目的是进行网络通信，也即是网络数据传输，更具体⼀点，是网络主机中的不同进程间，
基于⽹络传输数据。
那么，在组建的网络中，如何判断到底是从哪台主机，将数据传输到那台主机呢？这就需要使用IP地
址来标识。

IP地址

主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说，IP地址用于定位主
机的网络地址
IP地址的格式:IP地址是⼀个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位⼆进制数”（也就是4个字节），如：
01100100.00000100.00000101.00000110。
通常用“点分十进制”的方式来表示，即a.b.c.d的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。
如：100.4.5.6

端口号

在网络通信中，IP地址⽤于标识主机⽹络地址，端口号可以标识主机中发送数据、接收数据的进程。
简单说：端⼝号用于定位主机中的进程
端口号的格式:是0~65535范围的数字，在网络通信中，进程可以通过绑定⼀个端口号，来发送及接收网络数据.

网络协议

概念

协议，网络协议的简称，网络协议是网络通信（即网络数据传输）经过的所有网络设备都必须共同遵
从的⼀组约定、规则。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能
相互通信交流。
协议（protocol）最终体现为在网络上传输的数据包的格式

五元组

在TCP/IP协议中，用五元组来标识⼀个网络通信：

1. 源IP：标识源主机
2. 源端口号：标识源主机中该次通信发送数据的进程
3. 目的IP：标识目的主机
4. 目的端口号：标识目的主机中该次通信接收数据的进程
5. 协议号：标识发送进程和接收进程双方约定的数据格式
   

TCP/IP协议五层模型

TCP/IP是⼀组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。
TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构，每⼀层都呼叫它的下⼀层所提供的网络来完成自己的需求。

1. 应⽤层:负责应用程序间沟通(简单来说就是客户在网络上购物)，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。我们的网络编程主要就是针对应用层。

2. 传输层：负责两台主机之间的数据传输(关注发货的起点和终点)。如传输控制协议(TCP)，能够确保数据可靠的从源主机发 送到目标主机。

3. ⽹络层：负责地址管理和路由选择(发货起点到终点的路线规划)。例如在IP协议中，通过IP地址来标识⼀台主机，并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路。路由器（Router）工作在网路层。

4. 数据链路层：负责设备之间的数据帧的传送和识别(发货途中相邻两地的货物运输方式)。例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线上检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作。有以太网、令牌环网，无线LAN等标准。交换机（Switch）工作在数据链路层。

5. 物理层：负责光/电信号的传递方式(通信过程中的基础设施-纯硬件)。现在以太网通用的网线(双绞线)、早期以太网采用的的同轴电缆(现在主要用于有线电视)、光纤，现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器（Hub）工作在物理层。
   

网络设备分层

• 对于⼀台主机，它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容，也即是TCP/IP五层模型的下四
  层；
• 对于⼀台路由器，它实现了从网络层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下三层；
• 对于⼀台交换机，它实现了从数据链路层到物理层，也即是TCP/IP五层模型的下两层；
• 对于集线器，它只实现了物理层

注意我们这⾥说的是传统意义上的交换机和路由器，也称为二层交换机（工作在TCP/IP五层模型的下
两层）、三层路由器（⼯作在TCP/IP五层模型的下三层）。
随着现在网络设备技术的不断发展，也出现了很多3层或4层交换机，4层路由器。我们以下说的⽹络设
备都是传统意义上的交换机和路由器。

封装和分⽤

• 不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段(segment)，在网络层叫做数据报
(datagram)，在链路层叫做帧(frame)。
• 应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上⼀个数据首部(header)，称为封装
(Encapsulation)。
• 首部信息中包含了⼀些类似于首部有多长，载荷(payload)有多长，上层协议是什么等信息。
• 数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，根据首部中的"上
层协议字段"将数据交给对应的上层协议处理。

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